用于60GHZ无线通信的直接变频收发机.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102611475 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 1 4 7 5 A *CN102611475A* (21)申请号 201110023189.2 (22)申请日 2011.01.20 H04B 1/40(2006.01) (71)申请人中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人李志强 张海英 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人周国城 (54) 发明名称 用于60GHz无线通信的直接变频收发机 (57) 摘要 本发明公开了一种用于60GHz无线通信

2、的直 接变频收发机，包括：依次串联连接的59至64GHz 天线、59至64GHz带通滤波器、59至64GHz开关、 59至64GHz低噪声放大器、59至64GHz解调器、 接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器、接 收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器和 2.16Gsps采样率的模数转换器；依次串联连接的 2.16Gsps采样率的数模转换器、发射1.08GHz和 540MHz可变带宽和增益放大器、发射1.08GHz和 540MHz可变带宽低通滤波器、59至64GHz调制器 和59至64GHz功率放大器；以及分别连接于59至 64GHz解调器和59至64GHz调制器的5

3、9至64GHz 频率综合器。利用本发明，设计出了适用于中国的 60GHz频谱规划的直接变频结构收发机。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，该直接变频收发机包括： 依次串联连接的59至64GHz天线(1)、59至64GHz带通滤波器(2)、59至64GHz开关 (3)、59至64GHz低噪声放大器(4)、59至64GHz解调器(5)、接收1.08GHz和540MHz可变 带宽低通滤波器(

4、6)、接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(7)和2.16Gsps采样 率的模数转换器(11)； 依次串联连接的2.16Gsps采样率的数模转换器(12)、发射1.08GHz和540MHz可变带 宽和增益放大器(14)、发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(13)、59至64GHz调 制器(9)和59至64GHz功率放大器(10)，且59至64GHz功率放大器(10)还连接于59至 64GHz开关(3)；以及 分别连接于59至64GHz解调器(5)和59至64GHz调制器(9)的59至64GHz频率综 合器(8)。 2.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的

5、直接变频收发机，其特征在于，所述 59至64GHz天线(1)、59至64GHz带通滤波器(2)、59至64GHz开关(3)、59至64GHz低噪 声放大器(4)、59至64GHz解调器(5)、接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(6)、 接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(7)、2.16Gsps采样率的模数转换器(11) 和59至64GHz频率综合器(8)构成接收链路。 3.根据权利要求2所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，在该接 收链路中，59至64GHz的无线信号首先经过所述59至64GHz天线(1)接收，通过所述59至 64GHz带通

6、滤波器(2)除去带外干扰，通过所述59至64GHz开关(3)的控制选择接收通路 后输入至所述59至64GHz低噪声放大器(4)进行放大；放大的信号输入至所述59至64GHz 解调器(5)，作为所述59至64GHz解调器(5)的RF输入端口，同时由所述59至64GHz频 率综合器(8)提供本振信号给所述59至64GHz解调器(5)的本振端口，通过下变频之后 将射频信号变频至模拟基带信号，下变频后将一路射频信号变频为IQ两路进行处理；模拟 基带信号输入至所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(6)进行滤波，所述接收 1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(6)的输出提供给所

7、述接收1.08GHz和540MHz可 变带宽和增益放大器(7)进行放大至0dBm的信号之后提供给所述2.16Gsps采样率的模数 转换器(11)采样，其中所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(6)和所述接收 1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(7)根据实际接收到的信号带宽进行切换，当天 线1接收到2.16GHz带宽的射频信号时选择1.08GHz带宽，当所述59至64GHz天线(1)接 收到1.08GHz带宽的射频信号时选择540MHz带宽。 4.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，所述 2.16Gsps采样率的数模转换器(12

8、)、发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(14)、 发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(13)、59至64GHz调制器(9)和59至64GHz 功率放大器(10)、59至64GHz开关(3)、59至64GHz带通滤波器(2)、59至64GHz天线(1) 和59至64GHz频率综合器(8)构成发射链路。 5.根据权利要求4所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，在该发 射链路中，数字基带信号通过所述2.16Gsps采样率的数模转换器(12)转换为模拟基带信 号，首先输入至所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(14)进行放大，且

9、其增 益可调节，放大后信号输入所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(13)进行滤 权 利 要 求 书CN 102611475 A 2/2页 3 波，所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器(14)和所述发射1.08GHz和540MHz 可变带宽低通滤波器(13)的带宽根据系统实际发射信号进行调节，当系统发射2.16GHz带 宽信号时选择带宽1.08GHz，当系统发射1.08GHz带宽信号时选择带宽540MHz；随后输入所 述59至64GHz调制器(9)的中频输入端口，所述59至64GHz调制器(9)的本振端口由所 述59至64GHz频率综合器(8)提供，经过上

10、变频之后的IQ两路信号相加为一路信号并输 入至所述59至64GHz功率放大器(10)，所述59至64GHz功率放大器(10)输出至所述59 至64GHz开关(3)选择发射通路，通过开关后进入所述59至64GHz带通滤波器(2)进行带 外滤波后进入所述59至64GHz天线(1)进行发射。 6.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，该直接 变频收发机采用一次变频的方法，直接将59至64GHz的射频信号变频至0至1.08GHz和0 至540MHz的模拟基带信号。 7.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，所述接 收1.08GHz和5

11、40MHz可变带宽和增益放大器(7)和所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽 和增益放大器(14)用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行切换。 8.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，所述接 收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器(6)和所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽低 通滤波器(13)用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行切换。 9.根据权利要求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，该直接 变频收发机采用与射频载波相等的本振频率，使得信号直接从载波变频到模拟基带。 10.根据权利要

12、求1所述的用于60GHz无线通信的直接变频收发机，其特征在于，该直 接变频收发机通过改变可变增益放大器的带宽，实现对1.08GHz带宽和540MHz带宽的模拟 基带信号进行切换，从而使得收发机可以处理两种带宽的信号；通过改变低通滤波器的带 宽，实现对1.08GHz带宽和540MHz带宽的模拟基带信号进行切换，从而使得收发机可以处 理两种带宽的信号。 权 利 要 求 书CN 102611475 A 1/4页 4 用于 60GHz 无线通信的直接变频收发机 技术领域 0001 本发明涉及高速短距离无线通信系统技术领域，尤其涉及一种用于60GHz无线通 信的直接变频收发机，应用于WPAN(Wirel

13、ess Personal Area Network)中的60GHz高速短 距离无线通信系统。 背景技术 0002 60GHz无线通信的优点是能够实现高达Gbps量级的传输速率，该技术将成为 超高速无线个域网的主流技术。目前NEC、三星、松下和LG等消费类电子厂商共同成立 了WirelessHD联盟来推动60GHz技术在无压缩高清视频传输中的应用，可见其巨大的市 场潜力。目前国际上60GHz技术成为了学术界和工业界关注的焦点，国际固态电路会议 (International Solid State Circuits Conference)每年开设专题收集60GHz技术相关 的论文，60GHz毫米波

14、电路设计、测试等诸多方面的难点受到广泛关注。 0003 目前中国已经开放了59至64GHz频段作为60GHz技术使用频段，但是由于技术难 度较大，针对该频段的应用研究刚刚起步，还没有实现可用于60GHz无线通信的直接变频 收发机。 发明内容 0004 (一)要解决的技术问题 0005 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于60GHz无线通信的直接变频收发 机，以设计出适用于中国的60GHz频谱规划的直接变频结构收发机。 0006 (二)技术方案 0007 为达到上述目的，本发明提供了一种用于60GHz无线通信的直接变频收发机，该 直接变频收发机包括： 0008 依次串联连接的59至64GH

15、z天线1、59至64GHz带通滤波器2、59至64GHz开关 3、59至64GHz低噪声放大器4、59至64GHz解调器5、接收1.08GHz和540MHz可变带宽低 通滤波器6、接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器7和2.16Gsps采样率的模数转 换器11； 0009 依次串联连接的2.16Gsps采样率的数模转换器12、发射1.08GHz和540MHz可变 带宽和增益放大器14、发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器13、59至64GHz调制器 9和59至64GHz功率放大器10，且59至64GHz功率放大器10还连接于59至64GHz开关 3；以及 0010

16、 分别连接于59至64GHz解调器5和59至64GHz调制器9的59至64GHz频率综 合器8。 0011 上述方案中，所述59至64GHz天线1、59至64GHz带通滤波器2、59至64GHz开关 3、59至64GHz低噪声放大器4、59至64GHz解调器5、接收1.08GHz和540MHz可变带宽低 通滤波器6、接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器7、2.16Gsps采样率的模数转换 说 明 书CN 102611475 A 2/4页 5 器11和59至64GHz频率综合器8构成接收链路。 0012 上述方案中，在该接收链路中，59至64GHz的无线信号首先经过所述59至64

17、GHz 天线1接收，通过所述59至64GHz带通滤波器2除去带外干扰，通过所述59至64GHz开关 3的控制选择接收通路后输入至所述59至64GHz低噪声放大器4进行放大；放大的信号输 入至所述59至64GHz解调器5，作为所述59至64GHz解调器5的RF输入端口，同时由所 述59至64GHz频率综合器8提供本振信号给所述59至64GHz解调器5的本振端口，通过 下变频之后将射频信号变频至模拟基带信号，下变频后将一路射频信号变频为IQ两路进 行处理；模拟基带信号输入至所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6进行滤 波，所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6的

18、输出提供给所述接收1.08GHz和 540MHz可变带宽和增益放大器7进行放大至0dBm的信号之后提供给所述2.16Gsps采样率 的模数转换器11采样，其中所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6和所述接 收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器7根据实际接收到的信号带宽进行切换，当天 线1接收到2.16GHz带宽的射频信号时选择1.08GHz带宽，当所述59至64GHz天线1接收 到1.08GHz带宽的射频信号时选择540MHz带宽。 0013 上述方案中，所述2.16Gsps采样率的数模转换器12、发射1.08GHz和540MHz可变 带宽和增益放大器14、发射

19、1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器13、59至64GHz调制器 9和59至64GHz功率放大器10、59至64GHz开关3、59至64GHz带通滤波器2、59至64GHz 天线1和59至64GHz频率综合器8构成发射链路。 0014 上述方案中，在该发射链路中，数字基带信号通过所述2.16Gsps采样率的数模转 换器12转换为模拟基带信号，首先输入至所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放 大器14进行放大，且其增益可调节，放大后信号输入所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽 低通滤波器13进行滤波，所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器14和所

20、述发 射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器13的带宽根据系统实际发射信号进行调节，当 系统发射2.16GHz带宽信号时选择带宽1.08GHz，当系统发射1.08GHz带宽信号时选择带宽 540MHz；随后输入所述59至64GHz调制器9的中频输入端口，所述59至64GHz调制器9的 本振端口由所述59至64GHz频率综合器8提供，经过上变频之后的IQ两路信号相加为一 路信号并输入至所述59至64GHz功率放大器10，所述59至64GHz功率放大器10输出至所 述59至64GHz开关3选择发射通路，通过开关后进入所述59至64GHz带通滤波器2进行 带外滤波后进入所述59至64GHz

21、天线1进行发射。 0015 上述方案中，该直接变频收发机采用一次变频的方法，直接将59至64GHz的射频 信号变频至0至1.08GHz和0至540MHz的模拟基带信号。 0016 上述方案中，所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器7和所述发射 1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器14用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行 切换。 0017 上述方案中，所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6和所述发射 1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器13用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行切 换。 0018 上述方案中，该直

22、接变频收发机采用与射频载波相等的本振频率，使得信号直接 从载波变频到模拟基带。 说 明 书CN 102611475 A 3/4页 6 0019 上述方案中，该直接变频收发机通过改变可变增益放大器的带宽，实现对1.08GHz 带宽和540MHz带宽的模拟基带信号进行切换，从而使得收发机可以处理两种带宽的信号； 通过改变低通滤波器的带宽，实现对1.08GHz带宽和540MHz带宽的模拟基带信号进行切 换，从而使得收发机可以处理两种带宽的信号。 0020 (三)有益效果 0021 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： 0022 1、利用本发明，采用了一次变频，减小了器件数目，增加了芯片设

23、计的集成度，可 以进一步降低实现成本。 0023 2、利用本发明，由于采用了可变带宽的低通滤波器和可变增益放大器，所以能够 处理2.16GHz和1.08GHz两种带宽的射频信号，增加了系统的灵活性。 0024 3、利用本发明，由于采用了宽带的频率综合器可以产生59-64GHz频带内的6个本 振信号，从而可以覆盖中国60GHz标准的6个band，提高了硬件的利用效率。 附图说明 0025 图1是本发明提供的用于60GHz无线通信的直接变频收发机的结构示意图。 具体实施方式 0026 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。 0027

24、 本发明提供的这种用于60GHz无线通信的直接变频收发机，采用一次变频的方 法，直接将59至64GHz的射频信号变频至0至1.08GHz和0至540MHz的模拟基带信号，可 以处理载波在59至64GHz范围内，带宽为2.16GHz和1.08GHz的射频信号。 0028 如图1所示，图1是本发明提供的用于60GHz无线通信的直接变频收发机的结构 示意图，该直接变频收发机包括：依次串联连接的59至64GHz天线1、59至64GHz带通滤 波器BPF 2、59至64GHz开关Switch3、59至64GHz低噪声放大器LNA4、59至64GHz解调器 Demodulator 5、接收1.08GHz和

25、540MHz可变带宽低通滤波器6、接收1.08GHz和540MHz 可变带宽和增益放大器VGA 7和2.16Gsps采样率的模数转换器ADC 11；依次串联连接的 2.16Gsps采样率的数模转换器DAC 12、发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器VGA 14、发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器13、59至64GHz调制器Modulator 9和59 至64GHz功率放大器10，且59至64GHz功率放大器10还连接于59至64GHz开关Switch3； 以及分别连接于59至64GHz解调器Demodulator 5和59至64GHz调制器Modulator 9

26、的 59至64GHz频率综合器Frequency Synthesizer 8。 0029 其中，所述59至64GHz天线1、59至64GHz带通滤波器2、59至64GHz开关3、59 至64GHz低噪声放大器4、59至64GHz解调器5、接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波 器6、接收1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器7、2.16Gsps采样率的模数转换器11 和59至64GHz频率综合器8构成接收链路。 0030 在该接收链路中，59至64GHz的无线信号首先经过所述59至64GHz天线1接收， 通过所述59至64GHz带通滤波器2除去带外干扰，通过所述59至64G

27、Hz开关3的控制选择 接收通路后输入至所述59至64GHz低噪声放大器4进行放大；放大的信号输入至所述59至 说 明 书CN 102611475 A 4/4页 7 64GHz解调器5，作为所述59至64GHz解调器5的RF输入端口，同时由所述59至64GHz频 率综合器8提供本振信号给所述59至64GHz解调器5的本振端口，通过下变频之后将射频 信号变频至模拟基带信号，下变频后将一路射频信号变频为IQ两路进行处理；模拟基带信 号输入至所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6进行滤波，所述接收1.08GHz 和540MHz可变带宽低通滤波器6的输出提供给所述接收1.08GHz和5

28、40MHz可变带宽和增 益放大器7进行放大至0dBm的信号之后提供给所述2.16Gsps采样率的模数转换器11采 样，其中所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6和所述接收1.08GHz和540MHz 可变带宽和增益放大器7根据实际接收到的信号带宽进行切换，当天线1接收到2.16GHz 带宽的射频信号时选择1.08GHz带宽，当所述59至64GHz天线1接收到1.08GHz带宽的射 频信号时选择540MHz带宽。 0031 所述2.16Gsps采样率的数模转换器12、发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益 放大器14、发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器1

29、3、59至64GHz调制器9和59至 64GHz功率放大器10、59至64GHz开关3、59至64GHz带通滤波器2、59至64GHz天线1和 59至64GHz频率综合器8构成发射链路。 0032 在该发射链路中，数字基带信号通过所述2.16Gsps采样率的数模转换器12转换 为模拟基带信号，首先输入至所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器14进行 放大，且其增益可调节，放大后信号输入所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器 13进行滤波，所述发射1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器14和所述发射1.08GHz 和540MHz可变带宽低通滤波器13的

30、带宽根据系统实际发射信号进行调节，当系统发射 2.16GHz带宽信号时选择带宽1.08GHz，当系统发射1.08GHz带宽信号时选择带宽540MHz； 随后输入所述59至64GHz调制器9的中频输入端口，所述59至64GHz调制器9的本振端 口由所述59至64GHz频率综合器8提供，经过上变频之后的IQ两路信号相加为一路信号 并输入至所述59至64GHz功率放大器10，所述59至64GHz功率放大器10输出至所述59 至64GHz开关3选择发射通路，通过开关后进入所述59至64GHz带通滤波器2进行带外滤 波后进入所述59至64GHz天线1进行发射。 0033 在本发明中，所述接收1.08GH

31、z和540MHz可变带宽和增益放大器7和所述发射 1.08GHz和540MHz可变带宽和增益放大器14用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行 切换。所述接收1.08GHz和540MHz可变带宽低通滤波器6和所述发射1.08GHz和540MHz 可变带宽低通滤波器13用于在1.08GHz带宽与540MHz带宽之间进行切换。 0034 在本发明中，该直接变频收发机采用与射频载波相等的本振频率，使得信号直 接从载波变频到模拟基带。该直接变频收发机通过改变可变增益放大器的带宽，实现对 1.08GHz带宽和540MHz带宽的模拟基带信号进行切换，从而使得收发机可以处理两种带宽 的信号；通过改变低通滤波器的带宽，实现对1.08GHz带宽和540MHz带宽的模拟基带信号 进行切换，从而使得收发机可以处理两种带宽的信号。 0035 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。 说 明 书CN 102611475 A 1/1页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102611475 A